汽车设计期末复习

汽车设计是一门融合工程与艺术的学科，涵盖从概念到量产的完整流程核心包括总体设计、行驶系统（车架、悬架、车轮等）、传动系统（离合器、变速器、万向节）及转向/制动系统设计需平衡性能参数、法规标准和"三化"原则，开发程序分六阶段：商品计划→生产准备→销售关键如膜片弹簧的非线性特性、驱动形式选择等细节，共同确保车辆的安全、高效与耐用性。

汽车设计

• 一、总体设计
  • 汽车分类
  • 设计硬点
    • ①定义：设计硬点是确定车身、底盘等零部件相互关系的基准点、线、面及控制结构的统称
    • ②分类
      • 整车外部尺寸参数控制硬点
      • 底盘系统不知主要控制硬点
      • 车身主要总成控制硬点
      • 人机工程布置设计硬点
  • 基本要求
    • ①汽车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品计划中所确定的指标
    • ②严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利
    • ③最大可能贯彻三化，即标准化、通用化、系列化
    • ④进行有关动力学方面的校核，保证汽车有正确的运动并避免运动干涉
    • ⑤拆装与维修方便
  • 四、主要参数
    • 尺寸参数
      • 外廓尺寸（长宽高）：汽车的长、宽、高称为汽车外廓尺寸
      • 轴距：汽车前轴中心到后轴中心的距离
      • 轮距：前后车轮两个中心平面之间的距离
    • 质量参数
      • 载客量
      • 转载质量：汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定转载量
      • 整车整备质量：整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料和水，但没有装货且未载人时的整车质量
    • 性能参数
      • ①动力性参数
        • 最高车速
        • 加速时间：汽车在平直良好的路面上从原地起步开始以最大的加速度加速到一定车速所用的时间
        • 爬坡能力：汽车的爬坡能力用汽车满载时在良好路面上能爬上的最大爬坡度来表示
        • 比功率：比功率是汽车所装汽车发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比，反映了汽车的牵引能力
        • 比转矩：比转矩是发动机的最大转矩与汽车总质量之比，反映了汽车的牵引能力
      • ②燃油经济性参数：汽车的燃油经济性指标是用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶的百公里燃油消耗量来评价的，数值越大，经济性越差
      • ③汽车的最小转弯直径：转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径称为最小转弯直径，用俩描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标
      • ④通过性参数
        • 最小离地间隙
        • 接近角
        • 离去角
        • 纵向通过半径
      • ⑤操纵稳定性参数
        • 操纵稳定性定义：操纵稳定性描述了车辆相应驾驶员转向输入（操纵性）和抵抗外界干扰保持预定行驶轨迹（稳定性）的综合能力，并非单一参数，而是一个综合性能评价体系
        • 不足转向特性参数：为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向
        • 车身侧倾角
        • 制动点头角
      • ⑥汽车制动性参数
        • 定义：汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车并且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力
        • 制动距离
        • 平均制动减速度
        • 行车制动踏板力
        • 应急制动操纵力
      • ⑦舒适性参数
        • 定义：汽车应为乘员提供舒适的称作环境和方便的操作条件
        • 平顺性：汽车在行驶过程中缓冲和隔离路面不平都引起的振动冲击，保持乘员舒适性和货物完整性的能力
        • 空气调节定能（温度、湿度等）
        • 车内噪声
        • 乘坐环境（活动空间、车门及通道宽度、内部设施等）
        • 驾驶人的操作性能
  • 汽车形式选择
    • ① 轴数（选取因素）
      • 汽车的总质量
      • 道路法规对轴载质量的限制
      • 轮胎的负荷能力
      • 汽车的结构
    • ② 驱动形式（选取因素）
      • 汽车的用途
      • 总质量
      • 对车辆通过性能的要求
    • ③ 布置形式
      • 发动机前置前轮驱动（FF）
        • 优点：布置紧凑、省去传动轴、降低车内地板高度、增加内部空间、桌椅布置方便，降低乘车成本、增加行驶的方向稳定性、提高汽车高速行驶的安全性
        • 缺点：在坡道和泥泞道路行驶的操纵稳定性、容易引起侧滑、发动机舱布置拥挤维修不方便以及接近性差
      • 发动机前置后轮驱动（FR）
        • 优点：轴荷分配均匀、提高车辆的操纵稳定性和行驶平顺性、增加轮胎的使用寿命、发动机舱布置宽敞便于冷却和维修、增强汽车的爬坡能力
        • 缺点：轴距一般较长、汽车总长和自身质量都较大、制造成本高、影响地板平整度和高度
      • 发动机后置后轮驱动（RR）
        • 优点：减小整车长度、降低质心、地板平整
        • 缺点：后轴载荷过大、汽车的转向和操纵性能不佳、前轮附着力小、高速行驶时转向不稳定、发动机冷却不良、变速操纵结构复杂
  • 汽车的开发程序
    • ① 商品计划→② 概念设计（成本控制）→③ 试制设计→④ 样车试制和实验→⑤ 生产准备阶段→⑥ 销售
• 二、汽车传动系统设计
  • 离合器：
    • 作用
      • ①切断和实现传动系统的动力传递，保证汽车起步时发动机能够与传动系统平顺地结合，确保汽车平稳起步
      • ②换挡时将发动机与传动系统断开，减小变速器换挡齿轮的冲击
      • ③工作过程中受较大动载荷时，能够限制传动系统承受的最大转矩，防止传动系统各零部件因过载而损坏
      • ④有效降低传动系统中的振动和噪声
    • 组成
      • 主动部分
      • 从动部分
      • 压紧机构
      • 操纵机构
    • 后备系数
      • 定义：离合器的后备系数反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度
      • 作用
        • 摩擦片在使用磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩
      • 选择原则
        • 为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选的太小
        • 为使离合器尺寸不至过大，防止传动系统过载，保证操纵轻便，不宜选的太大
        • 当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可取小些
        • 当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减小离合器摩滑，应取大些
  • 变速器：
    • 组成
      • 变速传动机构
      • 变速操纵机构
    • 参数
      • 档数
      • 传动比范围
      • 中心距
        • 定义：中间轴式变速器的中间轴与第二轴之间的距离称为变速器的中心距
      • 齿轮参数
        • 模数
        • 压力角
        • 螺旋角
        • 齿宽
  • 传动系统：
    • 组成
      • ①离合器
        • 能够在汽车处于停止状态时切断发动机传来的动力，而在汽车行驶时接上发动机的动力
        • 能够在换挡过程中暂时切断动力传递
      • ②变速器
      • ③万向传动装置
        • 组成
          • 传动轴
          • 万向节
        • 作用
          • 能够在车轮上下跳动时，让车轮和变速器之间的相对位置发生变化
          • 传递动力，适应长度和角度的变化
      • ④驱动桥
        • 组成
          • 主减速器
          • 差速器
          • 半轴
          • 桥壳
        • 作用
          • 调节动力传动装置的变速比
          • 改变发动机输出转矩传递方向
          • 消除转弯时的内外轮转速差，改善转弯时的运动性能
          • 改善湿滑路面的驱动力
      • ⑤动力分配装置：笑出前后轮的转速差
    • 功能
      • 减速增扭
      • 变速变矩
      • 实现倒车
      • 中断动力传递
      • 差速
  • 万向节的分类
    • ①刚性万向节
      • 不等速万向节（十字轴式）
        • 双十字轴万向节的等数条件
          • ①采用双万向节传动
          • ②必须保证与同一传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面，且两万向节夹角相等
      • 准等速万向节（双联式）
      • 等速万向节（球叉式）
    • ②绕性万向节
  • 制动系统
    • 盘式制动器
      • 优点：
        • ①热稳定性好
        • ②水稳定性好
        • ③制动力矩与汽车运动方向无关
        • ④易于构成双回路制动系统，使系统有较高的可靠性和安全性
        • ⑤尺寸小、质量小、散热良好
        • ⑥压力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块磨损也均匀
        • ⑦更换衬块简单容易
        • ⑧称快与制动盘之间的间隙小，缩短了制动协调时间
        • ⑨易于实现间隙自动调整
      • 缺点：
        • ①难以完全防止陈污和锈蚀
        • ②兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动结构比较复杂
        • ③在制动驱动机构中必须装用助力器
        • ④因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命短，需要高质量的衬块
    • 鼓式制动器
    • 踏板的布置
      • ①踏板位置：离合器踏板和制动踏板与驾驶人中心线的距离、制动踏板与加速踏板之间的间距
      • ②踏板行程：应保证在踏板踩下后，踝关节角度始终处于78~105的舒适范围内
      • ③踏板力：要求踏板操纵轻便，在保证操纵轻便的同时，也要保证一定的力反馈，即保持合适的操纵力梯度
  • 膜片弹簧的弹性特性
    • 特性：非线性弹性特性，弹簧力在摩擦片允许磨损范围内基本不变，能保持传递的转矩大致不变
    • 决定因素
      • 碟形弹簧的内锥高
      • 弹簧的钢板厚
• 三、汽车行驶系统设计
  • 汽车行驶系统的组成
    • 车架
    • 悬架
      • 组成
        • 弹性元件
        • 导向装置
        • 减振器
        • 缓冲块
        • 横向稳定器
      • 分类
        • 非独立悬架
          • 结构特点：左右车轮用同一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接
          • 优点：结构简单、制造容易、维修方便、工作可靠
          • 缺点：
            • 刚度较大
            • 簧下质量大
            • 左右车轮互相影响使车轴和车身倾斜
            • 容易产生不利的轴转向特性
            • 车轴上方要求与弹簧形成相适应的空间
        • 独立悬架
          • 结构特点：左右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接
          • 优点：
            • 簧下质量小
            • 悬架占用空间小
            • 能使车身振动频率降低，改善汽车行驶平顺性
            • 能使整车的质心高度下降，改善汽车行驶稳定性
            • 左右车轮各自独立运动，可减少车身的倾斜和振动，同时获得良好的地面附着能力
          • 缺点：结构复杂、成本较高、维修困难
      • 悬架主要参数
        • ①悬架静挠度
        • ②悬架动挠度
    • 车桥
    • 车轮及轮胎
  • 转向系统
    • 定义：用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调转角关系
    • 主要性能参数：
      • ①转向器的正效率：功率从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率
      • ②转向器的逆效率：功率从转向摇臂输入，经转向轴输出所求得的功率称为逆效率
      • ③转向器的传动间隙特性：传动间隙是指各种转向器中的传动副之间的间隙